初中沪科版（2024）第二节 探究：液体压强与哪些因素有关课堂教学ppt课件

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为什么站在齐胸深的水中时，你会感到呼吸有些困难？为什么潜水员在不同深度的水中作业时，需要穿抗压能力不同的潜水服? 为什么水坝要建造得上窄下宽 ? 本节我们学习与这些问题相关的内容。
第二节 探究液体压强与哪些因素有关
①实验一：如图所示，有一个两端开口的玻璃圆筒，下端扎有橡皮膜，橡皮膜表面原来与筒口相平，当倒入水后，橡皮膜会向下凸出。橡皮膜向下凸出，表明受到了水一个向下的压强。结论：水对容器的底部有向下的压强.
②实验二：把橡皮膜扎在侧壁开口的玻璃管的一端，橡皮膜表面原来与筒口相平，当倒入水后，橡皮膜会向下凸出。橡皮膜向侧壁凸出，表明水对侧壁有向外的压强。结论：水对容器侧壁有压强.
③实验三：如图所示，选取一柱状容器，在容器口插入胶管（或玻璃管），分别在容器的上表面、侧面和底部钻孔。先用胶带封住这些小孔，再将水沿管注入容器中，让水面高出容器口一段高度，同时扯下胶带，观察水喷射的情况。水从底部流出，说明液体内部有向下的压强；水从容器侧壁的孔中喷出，说明液体对侧面有压强；容器上表面有水向上喷出，说明水内部也有向上的压强。结论：水内部也有向上的压强.
④实验四： 如图所示，将底部和侧壁套有橡皮膜的空塑料瓶竖直压入水中，观察橡皮膜的变化情况。实验中竖直向下按压瓶子时，底部和侧壁的橡皮膜向瓶内凹。结论：水内部向各个方向都有压强.
（1）液体受到重力，对容器底部有压力，所以会产生压强；（2）液体具有流动性，所以对容器侧壁有压强。
2. 探究结论：液体内部向各个方向都有压强。
3. 液体产生压强的原因
实验：探究液体压强与哪些因素有关
二、实验：探究液体压强与哪些因素有关
从前面实验可知，液体压强可能与液体深度有关。除此以外，是否还与液体的密度有关？你还能想出可能与哪些因素有关？下面进行实验探究。【实验目的】（1）探究液体压强与哪些因素有关。（2）学习使用U形管压强计测量液体压强。【实验器材】U形管压强计、盛水容器。
1. 实验：探究液体压强与哪些因素有关
（1）作用：测量液体内部压强。（2）构造：观察图可知，液体压强计主要由U形管、橡皮管、探头（由空金属盒蒙上橡皮膜构成）三部分组成。
探头：是一塑料盒，表面上扎有橡皮膜，其内部通过一橡皮管与U形玻璃管的一端相连.
（3）原理放在液体里的探头上的橡皮膜受到液体压强的作用会发生形变，U形管左右两侧液面就会产生高度差，高度差的大小反映了橡皮膜所受压强的大小，液面的高度差越大，压强越大。这运用了科学方法中的转换法。
（4）压强计的使用①检查是否漏气：实验前应检查蒙在金属盒上的橡皮膜、连接用的橡皮管及各连接处是否漏气。常用方法是用手轻按橡皮膜，观察压强计U形管两侧液面的高度差是否发生变化，如果变化，说明不漏气；如果不变，说明漏气，则要查出原因，加以修整。②检查液面是否相平：当压强计的橡皮膜没有受到压强时，U形管中的液面应该是相平的，若不相平，应将橡皮管取下，重新安装。③不能让压强计U形管中液面的高度差过大，以免使部分有色液体从管中流出，如果流出了，要把连接用的橡皮管取下重新连接。
【实验设计】（1）我们采用控制变量的方法来进行实验探究，分别仅改变U形管压强计的金属盒的方向、深度或换用不同液体等，根据U形管两管液面高度差的变化来研究液体压强与哪些因素有关。
（2）探究液体压强与方向的关系控制探头深度相同、液体密度相同，改变U形管压强计探头的方向。（3）探究液体压强与深度的关系控制探头方向相同、液体密度相同，増加深度。（4）探究液体压强与液体密度的关系控制探头深度和方向均相同，换用不同的液体。
【实验步骤】操作1：保持压强计探头在水中的深度不变；改变探头的方向，分别沿水平向上、水平向下、沿竖直方向，观察并记录U形管液面的高度差。实验现象：U形管液面的高度差Δh相等。
操作2：保持探头在水中的方向不变（水平向下），逐渐增加探头在水中的深度，观察并记录U形管液面的高度差。实验现象：U形管液面高度差Δh1＜Δh2＜Δh3
液体相同、探头在水中的方向相同
操作3：把压强计的探头分别放入水、硫酸铜溶液中，控制深度相同、探头所对某一方向相同，观察并记录U形管液面的高度差。实验现象：U形管液面的高度差Δh水＜Δh硫酸铜
【分析论证】（1）由操作1可得出：在液体内部的同一深度，向各个方向的压强相等。（2）由操作2可得出：同种液体，液体内部的压强随深度的增加而增大。（3）由操作3可得出：液体内部的压强跟液体密度有关。深度相同时，密度越大，液体内部的压强越大。
【实验结论】 大量实验表明：
【交流讨论】（1）探究中用到的方法 ①转换法通过观察U形管两液柱的高度差来比较压强的大小。②控制变量法探究液体内部的压强与方向的关系；探究液体内部压强与深度的关系；探究液体内部压强与液体密度的关系。（2）压强计只能比较压强的大小，不能测量压强的大小。
（3）探究液体的压强与液体质量的关系【演示实验】取两只粗细不同、瓶嘴大小相同的塑料瓶去底，在瓶嘴上扎橡皮膜，将其倒置，向两瓶中装入等质量的水，观察橡皮膜向外凸出的情况。【实验现象】橡皮膜凸出的程度不同，细塑料瓶橡皮膜凸起得更大些。
视频讲解——《探究液体内部的压强》
2. 与液体压强有关的现象
③“蛟龙”号潜水器下潜深度最大为7062m
①输液时，要把药液提高一定高度
以上事例都包含了“液体的压强随深度的增加而增大”的道理.
④潜水员在不同的深度使用不同的潜水服
液体压强随深度的增加而增大，故深海潜水服比浅海潜水要更耐压，更厚重些。
【例题1】如图所示是用压强计“研究液体内部的压强”的实验装置。（1）使用压强计前，发现U形管左右两侧的水面有一定高度差，如图甲，其调节的方法是____（选填“A”或“B”），使U形管左右两侧的水面相平；A．将右侧支管中高出的水倒出 B．取下软管重新安装（2）比较图中的乙和丙图，可以得到：液体的压强与____________有关。比较图中_______两图，可以得液体的压强与液体密度有关。
（1）进行调节时，只需要将软管取下，再重新安装，这样的话，U形管中两管上方的气体压强就是相等的（都等于大气压），当橡皮膜没有受到压强时，U形管中的液面就是相平的，故A不符合题意，B符合题意。故选B。（2）比较图乙和图丙两图知，液体的密度相同，深度不同，U形管液面的高度差不同，压强不同，故可以得到：液体的压强与液体的深度有关。要探究液体的压强与液体密度的关系，需要控制液体的深度相同，改变液体的密度，图丙、丁符合题意。
（1）研究方法——“理论推导法”要想得到液面下某处的压强，可以设想这里有一个水平放置的“平面”S 。这个平面以上的液柱对平面的压力等于液柱所受的重力，所以计算出液柱所受的重力是解决问题的关键。计算这段液柱对“平面”产生的压强，就能得到液面下深度为h处的压强。
研究方法——“理论推导法”。是物理学中一种重要的研究方法.
3. 推导液体压强公式
这个液柱体的体积：V=Sh这个液柱的质量： m=ρV=ρSh这个液柱对平面的压力：F=G=mg=ρVg=ρgSh平面S受到的压强： p=F/S = ρgSh/S=ρgh因此，液面下深度为h处液体的压强为
设想在密度为ρ的液面下有一高度为h、截面积为S的液柱。
（2）进一步理解 p=ρgh
①公式中的物理量及其单位ρ 表示液体的密度，单位为千克/米3（kg/m3）h 表示液体的深度 ，单位为米（m）g 为常数，大小为9.8N/kgp 表示液体在深度为h处的压强，单位为帕（Pa）。公式中的物理量单位全部使用国际单位。
②深度h 指液面到某点的竖直距离，而不是高度。如图所示，容器底部的深度为50cm，A点的深度为30cm。
A点的深度为_____cm
③影响液体压强大小的因素 根据p=ρgh可知：液体内部压强只跟液体密度和深度有关；与液体的质量、体积、重力、容器的底面积、容器形状均无关。
水平面上，有一暖壶和一大盆，都盛满水，哪个容器里水的重力大？哪个容器里的水产生的压强大？大盆里水的重力大；暖壶里的水产生的压强大。
（3）帕斯卡破桶实验帕斯卡在1648年，曾经做了一个著名的实验：他用一个密闭的装满水的木桶，在桶盖上插入一根细长的管子，从楼房的阳台上向细管子里灌水。结果只灌了几杯水，竟把桶压裂了，桶里的水从裂缝中流出来，你能解释这个现象吗？由于细管子的容积较小，几杯水灌进去，大大提高了水的深度，能对水桶产生很大的压强。这个压强就对桶壁在各个方向产生很大的压力，把桶压裂了。
视频观赏——《模拟帕斯卡破桶实验》
【例题1】有人说，“设想你在7 km深的蛟龙号潜水器中把一只脚伸到外面的水里，海水对你脚背压力的大小相当于1500个人所受的重力！”海水压力真有这么大吗？请通过估算加以说明。
因为是估算，海水密度取1.0×103 kg/m3，g取10 N/kg，则7 km深处海水的压强为： p＝ρgh＝1.0×103 kg/m3×10 N/kg×7×103 m＝7×107 Pa 脚背的面积近似取 S= 10cm×13cm= 130cm2= 1.3×10-2m2脚背受的压力F=ps=7×107 Pa×1.3×10-2m2=9.1×105 N一个成年人的质量约为60 kg，所受重力 G=mg=60 kg×10 N/kg=600N 假设脚背所受压力的大小相当于n个成年人所受重力 n= 9.1×105 N/600N =1500（个）估算结果表明，在深7 km的海底，水对脚背的压力确实相当于1500个人的重力。
与液体压强相关的应用实例
三、与液体压强相关的应用实例
（1）连通器概念：上端开口、底部互相连通的容器叫做连通器。注意连通器的特征：底部互相连通；容器上端都开口；与形状无关。
（2）连通器的特点①实验探究 如图所示，将两根玻璃管下端用橡皮管连在一起，管中注入适量的水，将其中一根玻璃管固定在铁架台上，手持另一根玻璃管，做成一个连通器，当在连通器中注入水后，就可以研究连通器的特点。
在连通器中加水，保持一个管筒不动，使另一个管筒升高、降低或倾斜，待水面静止时观察两筒中水面高度。发现在连通器中加水，当水静止时，两筒中水面总是相平。
②连通器的特点静止在连通器内的同种液体，各部分直接与大气接触的液面总是保持在同一水平面上。
由连通器特点可知，液面相平的条件： 连通器中只有一种液体；液体不流动。
为什么连通器内只装一种液体且静止时各部分液面总是相平的？①研究方法：“理想模型”法。设想在U形管连通器的底部有一“液片”AB，以该“液片”为研究对象。该“液片”把液体分为左、右两部分，该液片要受到两边液体的压力。
液体静止，液片AB处于平衡状态
水平方向，液片受力平衡 F左=F右
液片两侧压强相等，即 p左=p右
得出h左=h右，液片两侧液柱高度相等
②连通器液面相平原理
茶壶的结构是上端开口，下部连通，构成一个连通器，因此是利用连通器特点工作的。根据同种液体，在液体不流动时连通器内各容器的液面总是保持相平可知，当壶内盛满水，从水面茶嘴位置就可以倒出来了。
锅炉水位计也叫液位计（水位表），是用来观察液位高低的。锅炉的锅筒是一个大容器，水位计是一个小容器，两个容器构成一个连通器，当将两者连通后，水位必定在同一高度上，所以水位表上显示的水位高度是锅筒的实际水位。
U形管存水弯头是一个连通器，正常使用时应充满水，阻碍下水道内的臭味从下水管进入洗手间内，如图所示。
储水槽与饮水槽构成连通器，水位不相平时水就能流动，使水槽内始终有水，如图所示。
在牲畜饮水时，饮水槽里面的水位下降，储水槽里的浮球随之下降。通过杠杆使阀门向上升起，使水从水管中流出，补充进水槽中。
当水槽里水面升高时，浮球也随之升高，通过杠杆带动阀门下降，关闭阀门，使水停止流入水槽。
水塔和自来水管道构成连通器，水塔中的水位比水龙头处高，打开水龙头时由于水位要保持相平，水便从水龙头处流出。
想一想三峡大坝横断江底，高185米，长2309.5米，是世界上最大的水力发电站，但也带来了航运方面的问题，那万吨巨轮是怎样翻过三峡大坝的呢？
原来，人们在三峡大坝侧边修建了一个巨大的连通器——船闸，下面我们一起看看轮船是怎样“翻过”大坝的。
①当轮船从下游驶向上游时，阀门A打开，闸室与下游构成一连通器，闸室里的水位下降，最后与下游水面相平。此时闸门A打开，船只驶入闸室。
②船只驶入闸室后，下游A阀门、A闸门关闭。上游阀门B打开，此时闸室与上游构成一连通器，闸室里水位升高，最后与上游水面相平。此时上游闸门B打开，轮船就可以直接驶向上游了。
③轮船由上游通过船闸驶往下游的情况请看视频。
动画演示——《船闸工作原理》
　　三峡大坝的双线五级船闸，它全长6.4公里，船闸上下落差达113米，船舶通过船闸要翻越40层楼房的高度，规模举世无双，是世界上最大的船闸。
【例题1】如图所示，U形管一侧盛有煤油，另一侧盛有水（ρ煤油